1. 构造函数并求导,证明常用不等式 $e^t \geqslant t+1$
令 f(t)=et−t−1,其定义域为 R。
求导得 f′(t)=et−1。
当 t<0 时,f′(t)<0,函数 f(t) 在 (−∞,0) 上单调递减;
当 t>0 时,f′(t)>0,函数 f(t) 在 (0,+∞) 上单调递增。
所以 f(t)⩾f(0)=0,即 et⩾t+1,当且仅当 t=0 时等号成立。
2. 构造函数并求导,证明常用不等式 $\ln t \leqslant t-1$
令 g(t)=lnt−t+1,其定义域为 (0,+∞)。
求导得 g′(t)=t1−1=t1−t。
当 0<t<1 时,g′(t)>0,函数 g(t) 在 (0,1) 上单调递增;
当 t>1 时,g′(t)<0,函数 g(t) 在 (1,+∞) 上单调递减。
所以 g(t)⩽g(1)=0,即 lnt⩽t−1,当且仅当 t=1 时等号成立。
3. 将原不等式两端利用已知不等式进行放缩,得出等号成立的条件
在 et⩾t+1 中,令 t=x+y+2,得 ex+y+2⩾x+y+3,
即 ex+y+2−3⩾x+y,当且仅当 x+y+2=0 时等号成立。
在 lnt⩽t−1 中,令 t=y−2x+1(其中 y−2x+1>0),得 ln(y−2x+1)⩽y−2x,
即 ln(y−2x+1)+3x⩽y−2x+3x=x+y,当且仅当 y−2x+1=1⟹y−2x=0 时等号成立。
结合原不等式 ex+y+2−3⩽ln(y−2x+1)+3x,可得:
x+y⩽ex+y+2−3⩽ln(y−2x+1)+3x⩽x+y。
因此,上述不等式中的所有等号必须同时成立,
即 {x+y+2=0y−2x=0。
4. 解二元一次方程组,求出 $2x+y$ 的值
由方程组 {x+y=−2y=2x,
将 y=2x 代入第一式得 3x=−2⟹x=−32。
进而求得 y=−34。
此时 y−2x+1=−34−2(−32)+1=1>0,对数式有意义。
因此,2x+y = 2\left(-\frac{2}{3}\right) + \left(-\frac{4}{3}
ight) = -\frac{8}{3}。